康利偉

（中國石油測井有限公司隨鉆測井中心，陜西西安 710054）

1 陣列聲波測井

1.1 首波檢測

陣列聲波測井資料處理的首要問題是初至波檢測。初至波檢測具有多種方法，目前較好的檢測首波波至方法是變閾值法，這也就是首先為目的波形預先設定一個閾值，當設備檢測到該閾值時，即記為該波形首波波至時間。這種方法能有效地平滑噪音并突出信號波至，對于連續(xù)波形信號，當新的能量到來時，振幅包絡將產(chǎn)生一個起跳，同時瞬時相位和瞬時頻率也將發(fā)生躍變，利用這種起跳或躍變就可以求得首波的初至點，并可以分析波形信號的包絡變化特征[1-3]。

變閾值法在實測波形的首波初至檢測中效果良好。通過分析大量實測波形發(fā)現(xiàn)，全波列波形受井眼不規(guī)則和噪聲影響明顯，但同一波形不同模式波幅度相對變化不大?？梢酝ㄟ^改變每個波形的閾值來準確地確定每個波形的首波波至點，即變閾值首波檢測法[4-5]。變閾值首波檢測法的具體步驟為：①結(jié)合全井段的全波列波形確定一個首波波至時間范圍（T1～T2）；②在每個波形的這個時間范圍內(nèi)搜索波幅最大的點Amax，用每個波形中T1～T2時間范圍內(nèi)的每一個點的波幅與該波形的 Amax作比；③將比值與設定的系數(shù)比較，大于該系數(shù)則記錄下該點，即為當前波形的首波波至點。

1.2 相關系數(shù)計算

陣列聲波測井信號處理的目的是最終獲得聲波慢度。以8陣列聲波測井儀為例，信號接收探頭等距排列，設定接收探頭距發(fā)射源距離分別為Z!，Z"，…，Z8，則任意探頭m距發(fā)射源距離為：

設各個探頭接收到的波形信號分別為f!(*)，f"(*)，…，f8(*)，任意一個采樣點i的時刻為：

導出波形形態(tài)相關系數(shù)R計算公式為：

式中， m為探頭序號；ΔT為采樣間隔，μs；N為總采樣數(shù)；TG為時窗長度，μs；H為時間慢度，μs；τ為首波時窗開窗時刻。相關系數(shù)R是H和τ的函數(shù)，取值為0～1，從0到1表示各波形間形態(tài)之間的相關關系，R=0表示各波形形態(tài)間無任何關聯(lián)，R=1表示各波形形態(tài)完全一致。

1.3 慢度提取

從偶極橫波成像測井全波波形提取縱波、橫波時，首先需選取適當?shù)臅r窗長度TG，在全波波形上移動窗長并在合理的慢度范圍內(nèi)移動H，當H與縱波、橫波的慢度接近時，相關系數(shù)R最大，這時相關系數(shù)最大值對應的H即為該成分波慢度的估計值，即獲得了縱波、橫波慢度。可見時窗長度TG和慢度搜索范圍的選取是提取縱橫波的關鍵，時窗長度一般取對應波形的3個波周期。當縱波慢度搜索為40～140 μ s/ft，且橫波慢度為60～180 μs/ft時，可提高程序運算效率和聲波慢度的準確性[6]。

2 巖石力學參數(shù)計算

巖石力學參數(shù)有很多，主要有拉梅系數(shù)λ、泊松比K、楊氏彈性模量E、剪切彈性模量G、體積彈性模量kO、體積壓縮系數(shù)（CO，CmQ）、R+ST彈性系數(shù)α和巖石機械強度參數(shù)（抗壓強度CV、抗剪強度和抗張強度σT等），其中，剪切彈性模量G和泊松比K這兩個參數(shù)是獨立的，其他參數(shù)都可以通過這兩個參數(shù)進行轉(zhuǎn)換得到。

巖石力學參數(shù)可分為動力學參數(shù)和靜力學參數(shù)，靜力學參數(shù)是指巖石在靜載荷作用下通過儀器測量獲得的參數(shù)，是油氣田開發(fā)后續(xù)工程應用的基礎。工程實際表明，巖石在地下受力后變形機理與靜力學實驗中變形機理基本相同，尤其是巖石在受應力加載速度、應力大小等條件作用時，兩者變形機理極為相似。利用陣列聲波測井資料獲得縱橫波慢度Δ*Y和Δ*/，結(jié)合密度測井和伽馬測井數(shù)據(jù)，可獲得基礎參數(shù)泊松比，從而計算得出巖石力學的各種參數(shù)。但應用以上測井資料獲得的參數(shù)值為巖石力學動力學參數(shù)，無法直接應用到工程實際中。因此，需要弄清巖石力學參數(shù)的動、靜力學關系，將測井資料所獲取的動力學參數(shù)轉(zhuǎn)換為工程應用所需的靜力學參數(shù)[7-10]。

通過巖石力學實驗發(fā)現(xiàn)，完整的巖石動力學參數(shù)和靜力學參數(shù)基本趨同，可據(jù)此實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。巖石的完整性通過完整系數(shù)k來評價，其表達式為：

其中，]為巖石聲速，ft/μs；]mQ為巖石骨架聲速。

引入折減系數(shù)^來顯示動、靜力學參數(shù)關系，表達式為：

其中，E/為動力學彈性模量，MPa；Ed為靜力學彈性模量。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)經(jīng)驗公式[8]：

由此，便建立起了巖石完整系數(shù)與折減系數(shù)的關系，根據(jù)公式（5）即可完成動、靜力學彈性模量的轉(zhuǎn)化，以此參數(shù)為基礎進而可求得各種巖石力學參數(shù)。

3 實例分析

根據(jù)以上原理，可應用測井資料獲取泊松比、楊氏模量等參數(shù)，以此為基礎，將公式輸入Forword.NET軟件中，以大北克深地區(qū)X井和Y井數(shù)據(jù)為例，計算巖石力學參數(shù)。巖石力學處理成果圖見圖 1和圖 2，軟件導出巖石力學參數(shù)計算結(jié)果見表1。

圖1 X井古近系巖石力學處理成果

圖2 Y井古近系巖石力學處理成果

綜合這兩口井的巖石力學參數(shù)計算結(jié)果及實驗數(shù)據(jù)可以看出大北克深地區(qū)地層巖石力學參數(shù)受巖性影響，巖性的變化與巖石強度具有一定關系，泥巖地層巖石強度較高，石膏地層次之，砂巖地層強度較低。X井儲層埋深為6 820～6 847 m，Y井儲層埋深為7 940～7 971 m，儲層埋藏越深，這種變化關系越明顯；相反，儲層埋深越深，泊松比反而變化很小。對比兩口井巖性與巖石力學參數(shù)，當泥質(zhì)含量由29.83%上升到40.27%時，地層抗張強度、抗剪強度、抗壓強度均變大，R+ST系數(shù)有所減小，泊松比在深部地層反而影響不大；結(jié)合巖心測試的靜態(tài)彈性力學參數(shù)檢驗，可降低陣列聲波曲線計算結(jié)果誤差。

表1 巖石力學參數(shù)計算結(jié)果

4 結(jié)論

（1）變閾值法可較精確地完成縱橫波慢度的提取工作，以此為基礎可進一步計算地層泊松比和楊氏模量。巖石力學參數(shù)的計算結(jié)果結(jié)合靜態(tài)巖心測試力學參數(shù)檢驗，降低了計算結(jié)果的誤差。

（2）應用此方法處理大北克深地區(qū)兩口井相關井段的巖石力學參數(shù)結(jié)果表明，陣列聲波測井資料計算巖石力學參數(shù)可獲得較好效果。該方法具有較高的經(jīng)濟價值，可根據(jù)陣列聲波測井曲線，預測和判斷實際鉆探深部地層發(fā)育情況，節(jié)約了彈性力學參數(shù)測試費用。